La pollution de l'air urbain aux États-Unis a diminué presque continuellement depuis les années 1970.

Règlements fédéraux, notamment le Clean Air Act adopté par le président Nixon, réduire les polluants atmosphériques toxiques tels que le benzène, un hydrocarbure, et l'ozone, un oxydant fort, effectivement réduit leur abondance dans l'air ambiant avec des progrès constants.

Mais il y a environ 10 ans, le tableau des polluants atmosphériques aux États-Unis a commencé à changer. Le "boom de la fracturation hydraulique" dans plusieurs parties du pays a conduit à une nouvelle source d'hydrocarbures dans l'atmosphère, affectant les abondances de benzène et d'ozone toxiques, y compris dans des zones qui n'étaient auparavant pas beaucoup affectées par une telle pollution atmosphérique.

Par conséquent, ces dernières années, il y a eu un pic de recherche pour déterminer l'étendue des émissions provenant des puits de pétrole et de gaz fracturés – appelés sources « non conventionnelles » dans l'industrie. Alors que de nombreuses discussions ont porté sur les émissions de méthane, un gaz à effet de serre, moins d'attention a été accordée aux toxiques atmosphériques.

Émissions en amont

La fracturation hydraulique est un terme qui peut susciter de fortes émotions parmi ses adversaires et ses partisans. Il s'agit en fait d'une combinaison de techniques, y compris la fracturation hydraulique, qui a permis aux foreurs de puiser des hydrocarbures dans des formations rocheuses qui n'étaient autrefois pas rentables à exploiter.

Les foreurs brisent des couches de schiste avec de l'eau à haute pression, du sable et des produits chimiques pour démarrer le flux d'hydrocarbures d'un puits. Le processus de fracturation hydraulique lui-même, outre sa forte demande en eau, est probablement l'étape la moins impactante sur l'environnement tout au long de la chaîne opérationnelle complète du forage des hydrocarbures. Discutablement, les effets environnementaux les plus pertinents sont le traitement et l'élimination des eaux usées, ainsi que la libération de vapeurs provenant du stockage et de la distribution de pétrole et de gaz.

La production, la distribution et l'utilisation des hydrocarbures ont toujours conduit à des émissions dans l'air, soit directement via des fuites (intentionnelles ou accidentelles), ou lors d'une combustion incomplète de carburants. Cependant, par la réglementation et l'innovation technologique, nous avons considérablement réduit cette source au cours des 30 dernières années, environ par un facteur 10.

Néanmoins, partout où les hydrocarbures sont produits, raffiné ou stocké, il y aura des émissions de polluants. A l'ère de la fracturation hydraulique, les grandes opérations sur les sites de puits conventionnels ont été remplacées par des centaines de plates-formes de puits qui parsèment le paysage. Chacun nécessite le transport d'eau, produits chimiques et équipements vers et depuis ces tampons ainsi que l'élimination des eaux usées, et aucune n'est réglementée comme toute installation plus grande le serait.

Par conséquent, la production non conventionnelle a non seulement augmenté le trafic de camions et les émissions associées dans les zones de schiste, mais aussi établi une source renouvelée d'hydrocarbures. Ils pénètrent dans l'atmosphère à partir de fuites au niveau des vannes, tuyaux, séparateurs et compresseurs, ou par les évents d'échappement sur les réservoirs. Avec les émissions d'oxydes d'azote, principalement des moteurs diesel des camions, compresseurs et appareils de forage, ces hydrocarbures peuvent former des quantités importantes de substances nocives, l'ozone troposphérique pendant la journée.

Défis de mesure

En 2011, un document a fait valoir que les émissions de méthane provenant de sources non conventionnelles par rapport à l'exploration pétrolière et gazière conventionnelle étaient considérablement sous-estimées. Les chercheurs ont commencé à étudier sérieusement les émissions d'hydrocarbures provenant des opérations de fracturation hydraulique. Et c'est ainsi qu'une importante littérature s'est développée depuis 2013, dont une grande partie se concentre sur les émissions de méthane, principal composant du gaz naturel et puissant gaz à effet de serre.

L'EPA garde une trace des émissions de méthane dans son inventaire des gaz à effet de serre, mais les chiffres sont basés sur des estimations élaborées dans les années 1980 et 1990 et sont compilés à partir de calculs et d'auto-déclarations par l'industrie.

En réalité, les mesures satellitaires et atmosphériques suggèrent que les estimations de l'EPA pourraient sous-estimer les émissions de méthane dans le monde réel jusqu'à un facteur de deux. Et si c'est vrai pour le méthane, les gaz d'hydrocarbures co-émis sont probablement aussi sous-estimés.

Formation d'ozone

Comme dans de nombreux cas, des nuances existent.

Les mesures aéroportées de la NOAA suggèrent que les estimations de méthane de l'EPA peuvent s'appliquer à des zones de schiste matures avec une production principalement de gaz naturel. Mais ce n'est pas le cas dans les zones de schiste plus jeunes qui produisent également de grandes quantités de pétrole aux côtés de gaz naturel, comme le Bakken dans le Dakota du Nord. Les émissions du seul Bakken peuvent être si importantes qu'elles sont responsables d'environ la moitié de l'augmentation renouvelée de l'éthane atmosphérique dans l'hémisphère nord depuis le début du boom de la fracturation hydraulique.

De la même manière, nos propres études pour le schiste Eagle Ford dans le centre-sud du Texas suggèrent que les émissions d'hydrocarbures sont plus élevées que ce qui est actuellement estimé. Cela augmente le potentiel de formation régionale d'ozone car ces hydrocarbures sont oxydés dans l'atmosphère en présence d'oxydes d'azote. Et comme la norme nationale de qualité de l'air ambiant pour l'ozone a récemment été abaissée à 70 parties par milliard, avec de l'ozone à San Antonio sous le vent de l'Eagle Ford tendant vers l'ancien seuil de 75 ppb, l'impact des émissions d'hydrocarbures de schiste n'est pas négligeable.

Les problèmes d'ozone de San Antonio ne sont pas uniques. Dans certaines régions, les progrès réalisés depuis des décennies sur la qualité de l'air à l'ozone sont au point mort ; chez les autres, en particulier le bassin d'Uintah dans l'Utah, un nouveau problème d'ozone est apparu en raison des émissions de l'industrie de la fracturation hydraulique.

Benzène

Outre les effets sur les tendances de l'ozone, l'augmentation des émissions d'hydrocarbures a également conduit à la résurgence d'un toxique de l'air considéré comme une histoire du passé aux États-Unis :le benzène. Contrairement à l'ozone, qui est largement surveillé, le benzène ne l'est pas. Cependant, puisqu'il s'agit d'un cancérigène connu, il est depuis longtemps sur le radar des organismes de réglementation.

Mesuré régulièrement au-dessus de 1 partie par milliard dans les zones urbaines dans les années 1970 et 1980, les concentrations ambiantes urbaines de benzène ont chuté de 5 à 10 % par an, semblable à d'autres polluants atmosphériques, au cours des 20 à 30 dernières années. Les niveaux moyens annuels de benzène sont désormais inférieurs à 1,5 partie par milliard dans plus de 90 % des sites surveillant régulièrement le benzène, mais peu de ces stations de surveillance se trouvent dans ou à proximité des zones de schiste.

Niveaux élevés de benzène dans les zones de schiste, tels que près des plateformes de puits dans les schistes de Barnett au Texas, ont été enregistrés au début du boom de la fracturation hydraulique, mais peu de données de surveillance continue de l'air sont disponibles à ce jour, avec pratiquement aucune donnée avant le boom de la fracturation hydraulique à des fins de comparaison.

Alors que le benzène est généralement surveillé en dessous des niveaux qui inquiéteraient la Texas Commission on Environmental Quality (TCEQ), il devient clair que les niveaux doivent avoir augmenté dans les zones rurales de schiste.

Notre analyse d'empreintes digitales des données 2015 du plus récent moniteur d'air de Karnes City, Texas, au centre du schiste Eagle Ford, suggère que moins de 40 pour cent du benzène est toujours lié aux émissions d'échappement, sa source d'émission autrefois dominante. Au lieu, plus de 60 pour cent est maintenant lié à diverses activités d'exploration pétrolière et gazière, y compris les émissions de torchage de gaz.

Des études menées au Colorado et au Texas montrent que des niveaux élevés de benzène dans les zones de schiste sont clairement corrélés avec d'autres gaz d'hydrocarbures émis par l'exploration pétrolière et gazière.

Impacts sur la santé

Alors que l'ozone est distribué de manière relativement uniforme dans une région, les émissions primaires de benzène et d'autres hydrocarbures non méthaniques seront à des concentrations plus élevées dans l'air à proximité des sources. Par conséquent, alors que la plupart des stations de surveillance de l'ozone sont assez représentatives pour une zone plus vaste, la surveillance du benzène loin de ses sources dominantes dans les zones de schiste ne donne pas une image représentative.

Les risques pour les personnes vivant dans les zones de schiste sont accrus par leur proximité des plateformes de puits. Des recherches en cours sur la santé ont révélé que certains effets mineurs sur la santé tels que la sinusite, migraines et fatigue, mais aussi les taux d'hospitalisation et certaines malformations congénitales, sont reliés de manière identifiable à la densité de puits d'une zone ou à la distance d'une maison aux puits de pétrole et de gaz en tant qu'indicateur d'exposition, justifiant des recherches plus approfondies.

En conclusion, le boom du schiste a créé une nouvelle source de émissions diffuses d'hydrocarbures qui affectent négativement les niveaux de substances toxiques dans l'air. Bien que les effets soient subtils, ils se sont produits dans des zones généralement sans surveillance des polluants atmosphériques, rendant difficile l'estimation des tendances.

Dans de nombreux cas, ces polluants peuvent être réduits par des mesures de réduction des émissions de bon sens, et certaines entreprises mettent ou prévoient de mettre en place de bonnes pratiques. Néanmoins, la croissance continue de l'industrie de la fracturation hydraulique ainsi que les plans visant à supprimer les réglementations sur les émissions de méthane ne réduiront pas les émissions élevées d'hydrocarbures et les problèmes d'ozone régionaux associés.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.